不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性

张鹏 赵路松 姚江宏 曹亚安

引用本文: 张鹏, 赵路松, 姚江宏, 曹亚安. 不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1305-1312. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303182 shu
Citation:  ZHANG Peng, ZHAO Lu Song, YAO Jiang Hong, CAO Ya An. Structure, Characterization and Photocatalytic Properties of TiO2 Doped with Different Content of Sn4+ Ions[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(06): 1305-1312. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303182 shu

不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51072082, 21173121, 11074129) (51072082, 21173121, 11074129)

    国家重点基础研究发展规划项目(973) (2012CB934201)资助 (973) (2012CB934201)

摘要:

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO2和不同浓度Sn4+离子掺杂的TiO2光催化剂(TiO2-Snx%, x%代表Sn4+离子掺杂的TiO2样品中Sn4+离子摩尔分数). 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了TiO2-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构, 结果表明: 当Sn4+离子浓度较低时, Sn4+离子进入TiO2晶格, 取代并占据Ti4+离子的位置, 形成取代式掺杂结构(Ti1-xSnxO2), 其掺杂能级在导带下0.38 eV处; 当Sn4+离子浓度较高时, 掺入的Sn4+离子在TiO2表面生成金红石SnO2, 形成TiO2和SnO2复合结构(TiO2/SnO2), SnO2的导带位于TiO2导带下0.33 eV处. 利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO2-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程, 结果表明, Sn4+离子掺杂能级和表面SnO2能带存在促进光生载流子的分离, 有效地抑制了光生电子与空穴的复合; 然而, Sn4+离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命, 提高了光生载流子的分离效率, 从而揭示了TiO2-Snx%催化剂的光催化机理.

English

    1. [1]

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    2. [2]

      (2) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338. doi: 10.1038/35104607(2) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338. doi: 10.1038/35104607

    3. [3]

      (3) Khan, S.; Al-Shahry, M.; Ingler,W. Science 2002, 297, 2243.doi: 10.1126/science.1075035(3) Khan, S.; Al-Shahry, M.; Ingler,W. Science 2002, 297, 2243.doi: 10.1126/science.1075035

    4. [4]

      (4) Yu, H.; Chen, S.; Quan, X.; Zhao, H.; Zhang, Y. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 3791. doi: 10.1021/es702948e(4) Yu, H.; Chen, S.; Quan, X.; Zhao, H.; Zhang, Y. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 3791. doi: 10.1021/es702948e

    5. [5]

      (5) Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, K.; Aoki, K.; Taga, Y. Science2001, 293, 269. doi: 10.1126/science.1061051(5) Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, K.; Aoki, K.; Taga, Y. Science2001, 293, 269. doi: 10.1126/science.1061051

    6. [6]

      (6) Francioso, L.; Presicce, D.; Siciliano, P.; Ficarella, A. Sensors and Actuators B 2007, 123, 516. doi: 10.1016/j.snb.2006.09.037(6) Francioso, L.; Presicce, D.; Siciliano, P.; Ficarella, A. Sensors and Actuators B 2007, 123, 516. doi: 10.1016/j.snb.2006.09.037

    7. [7]

      (7) Zhao,W.; Ma,W.; Chen, C.; Zhao, J.; Shuai, Z. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4782. doi: 10.1021/ja0396753(7) Zhao,W.; Ma,W.; Chen, C.; Zhao, J.; Shuai, Z. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4782. doi: 10.1021/ja0396753

    8. [8]

      (8) Zhang, J.;Wu, Y.; Xing, M.; Leghari, S.; Sajjad, S. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 715. doi: 10.1039/b927575d(8) Zhang, J.;Wu, Y.; Xing, M.; Leghari, S.; Sajjad, S. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 715. doi: 10.1039/b927575d

    9. [9]

      (9) Ji, P.; Takeuchi, M.; Cuong, T.; Zhang, J.; Matsuoka, M.; Anpo,M. Research on Chemical Intermediates 2010, 36, 327.doi: 10.1007/s11164-010-0142-5(9) Ji, P.; Takeuchi, M.; Cuong, T.; Zhang, J.; Matsuoka, M.; Anpo,M. Research on Chemical Intermediates 2010, 36, 327.doi: 10.1007/s11164-010-0142-5

    10. [10]

      (10) Luo, D. C.; Zhang, L. L.; Long, H. J.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A.Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1095. [罗大超, 张兰兰, 龙绘锦, 陈咏梅, 曹亚安. 物理化学学报, 2008, 24, 1095.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20080632(10) Luo, D. C.; Zhang, L. L.; Long, H. J.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A.Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1095. [罗大超, 张兰兰, 龙绘锦, 陈咏梅, 曹亚安. 物理化学学报, 2008, 24, 1095.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20080632

    11. [11]

      (11) Li, K. Y.; Guo, J.; Liu, T.; Zhou, B. J.; Li, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 2096. [李葵英, 郭静, 刘通, 周冰晶,李悦. 物理化学学报, 2008, 24, 2096.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20081127(11) Li, K. Y.; Guo, J.; Liu, T.; Zhou, B. J.; Li, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 2096. [李葵英, 郭静, 刘通, 周冰晶,李悦. 物理化学学报, 2008, 24, 2096.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20081127

    12. [12]

      (12) Zhou, X.; Lu, J.; Li, L.;Wang, Z. Journal of Nanomaterials2011, 2011, 432947.(12) Zhou, X.; Lu, J.; Li, L.;Wang, Z. Journal of Nanomaterials2011, 2011, 432947.

    13. [13]

      (13) Mahanty, S.; Roy, S.; Sen, S. Journal of Crystal Growth 2004,261, 77. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2003.09.023(13) Mahanty, S.; Roy, S.; Sen, S. Journal of Crystal Growth 2004,261, 77. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2003.09.023

    14. [14]

      (14) Gu, Q.; Long, J.; Zhou, Y.; Yuan, R.; Lin, H.;Wang, X. Journal of Catalysis 2012, 289, 88. doi: 10.1016/j.jcat.2012.01.018(14) Gu, Q.; Long, J.; Zhou, Y.; Yuan, R.; Lin, H.;Wang, X. Journal of Catalysis 2012, 289, 88. doi: 10.1016/j.jcat.2012.01.018

    15. [15]

      (15) Zheng, T.; Tian, Z.; Sun, J. X.; Su, B. T.; Lei, Z. Q. Chemical Research and Application 2012, 24, 1. [郑焘, 田泽, 孙佳星, 苏碧桃, 雷自强. 化学研究与应用, 2012, 24, 1.](15) Zheng, T.; Tian, Z.; Sun, J. X.; Su, B. T.; Lei, Z. Q. Chemical Research and Application 2012, 24, 1. [郑焘, 田泽, 孙佳星, 苏碧桃, 雷自强. 化学研究与应用, 2012, 24, 1.]

    16. [16]

      (16) Duan, Y.; Fu, N.; Liu, Q.; Fang, Y.; Zhou, X.; Zhang, J.; Lin, Y.J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8888. doi: 10.1021/jp212517k(16) Duan, Y.; Fu, N.; Liu, Q.; Fang, Y.; Zhou, X.; Zhang, J.; Lin, Y.J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8888. doi: 10.1021/jp212517k

    17. [17]

      (17) Cao, Y.; He, T.; Zhao, L.;Wang, E.; Yang,W.; Cao, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18121. doi: 10.1021/jp9069288(17) Cao, Y.; He, T.; Zhao, L.;Wang, E.; Yang,W.; Cao, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18121. doi: 10.1021/jp9069288

    18. [18]

      (18) Cao, Y.; Yang, Y.; Zhang,W.; Liu, G.; Yue, P. New J. Chem.2004, 28, 218. doi: 10.1039/b306845e(18) Cao, Y.; Yang, Y.; Zhang,W.; Liu, G.; Yue, P. New J. Chem.2004, 28, 218. doi: 10.1039/b306845e

    19. [19]

      (19) Wang, Y.; Ma, C.; Sun, X.; Li, H. Nanotechnology 2002, 13,565. doi: 10.1088/0957-4484/13/5/304(19) Wang, Y.; Ma, C.; Sun, X.; Li, H. Nanotechnology 2002, 13,565. doi: 10.1088/0957-4484/13/5/304

    20. [20]

      (20) Li, J.; Zeng, H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15839.doi: 10.1021/ja073521w(20) Li, J.; Zeng, H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15839.doi: 10.1021/ja073521w

    21. [21]

      (21) Xu, H.; Zhang, L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11534.doi: 10.1021/jp1027965(21) Xu, H.; Zhang, L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11534.doi: 10.1021/jp1027965

    22. [22]

      (22) Bullock, E.; Patthey, L.; Steinemann, S. Surface Science 1996,352, 504. doi: 10.1016/0039-6028(95)01188-9(22) Bullock, E.; Patthey, L.; Steinemann, S. Surface Science 1996,352, 504. doi: 10.1016/0039-6028(95)01188-9

    23. [23]

      (23) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, D.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p(23) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, D.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p

    24. [24]

      (24) Serpone, N.; Lawless, D.; Khairutdinov, R. J. Phys. Chem.1995, 99, 16646. doi: 10.1021/j100045a026(24) Serpone, N.; Lawless, D.; Khairutdinov, R. J. Phys. Chem.1995, 99, 16646. doi: 10.1021/j100045a026

    25. [25]

      (25) Yuan, J.;Wu, Q.; Zhang, P.; Yao, J.; He, T.; Cao, Y. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 2330. doi: 10.1021/es203333k

      (25) Yuan, J.;Wu, Q.; Zhang, P.; Yao, J.; He, T.; Cao, Y. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 2330. doi: 10.1021/es203333k

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  • 发布日期:  2013-05-17
  • 收稿日期:  2012-12-11
  • 网络出版日期:  2013-03-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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